Como a ISS (Estação Espacial Internacional) e outros satélites protegem contra detritos espaciais?

A ISS e outros satélites protegem contra grandes pedaços de detritos espaciais re-manobrando suas órbitas, enquanto neutralizam ameaças menores empregando escudos de colisão.

Desde que o primeiro satélite foi enviado ao espaço, certas consequências não intencionais ameaçaram inviabilizar a exploração do cosmos pelo homem. O mais proeminente entre eles é a questão dos detritos espaciais. Novos satélites que são lançados devem incluir detritos espaciais em suas trajetórias para evitar quaisquer contratempos trágicos. Essas minúsculas partículas se movem em velocidades extremamente altas – ordens de magnitude mais rápidas do que até mesmo as balas de fuzil de assalto mais rápidas!O número crescente de satélites sendo lançados no espaço se traduz em uma quantidade maior de detritos espaciais a cada ano. Missões de longo prazo, como a Estação Espacial Internacional (ISS), devem permanecer continuamente atentas antes que ocorram colisões desastrosas. 

Agora, vamos nos aprofundar nas medidas que foram implementadas na ISS e em outros satélites para enfrentar esse grave problema.

Ameaça do The Space Debris

Detritos espaciais referem-se a pequenas massas sólidas, feitas pelo homem e naturais, que permanecem perto da Terra em Low Earth Orbit (LEO). Eles variam em tamanho de alguns micrômetros a dezenas de polegadas de diâmetro. 

Distribuição de tamanho de detritos espaciais orbitais.

Distribuição de tamanho de detritos espaciais orbitais.

Estima-se que existam mais de 100 milhões de pedaços de detritos do tamanho de um micrômetro orbitando a Terra, cerca de 100 milhões de pedaços de 1 mm ou mais, 500.000 pedaços do tamanho de uma bola de gude (~ 1 cm) e 23.000 pedaços do tamanho de uma bola de gude. uma bola de softbol. Essas peças se movem a velocidades de 15.700 mi/h (25.266,7 km/h) e mais rápido. Para contextualizar, a velocidade inicial de um AK-47 é de cerca de 1.588 mi/h (2.555,6 km/h) e o diâmetro da bala é de 7,62 mm. Assim, fica claro que os detritos espaciais representam uma ameaça existencial aos satélites e às pessoas que os habitam.  

De fato, em 1978, um cientista da NASA, Donald J. Kessler, previu que além de um limite crítico de concentração de detritos no LEO, outra colisão criaria um efeito em cascata, devido ao qual exponencialmente mais detritos seriam criados, levando à completa inoperabilidade e disponibilidade de LEOs para naves espaciais em órbita. 

Proteção contra detritos espaciais

É impossível proteger contra detritos espaciais com 100% de eficiência, pois existem centenas de milhões dessas peças no espaço. A maioria é pequena demais para ser rastreada. A NASA rastreia objetos com 10 cm ou maiores, pois seu tamanho maior permite sua medição e monitoramento. 

Existem três níveis de ameaça, dependendo do tamanho e velocidade do projétil. As medidas de proteção vão desde manobras orbitais para objetos grandes (medindo mais de 10 cm de tamanho com alto potencial de ameaça) até escudos de colisão que absorvem o impacto de objetos menores e menos perigosos (medendo menos de 1 cm).

Manobras orbitais

A manobra orbital refere-se a uma mudança deliberada na trajetória de um satélite para evitar uma colisão. A maneira mais simples de implementar isso é desligar os propulsores de foguetes , se o satélite os tiver. Para a ISS, a 30 mi

30 milhas
Uma grade de 2,5 mi no espaço é criada, com a espaçonave no centro. Objetos com 10 cm e maiores são rastreados e suas trajetórias são mapeadas. Se o objeto se infiltrar na grade espacial da ISS, uma manobra de prevenção de detritos é iniciada.

A probabilidade de uma colisão é calculada. Se a probabilidade for superior a 1/100.000 (>0,00001), então uma manobra é iniciada, mas somente se não comprometer os objetivos da missão. Se a probabilidade for maior que 1/10.000 (>0,0001), então uma manobra é iniciada, a menos que a ameaça à tripulação seja aumentada pela manobra. Os propulsores disparam para transmitir energia cinética suficiente à estação espacial para evitar o objeto em seu espaço próximo. Uma vez que o objeto tenha passado, as manobras de reentrada na órbita original são iniciadas.

Escudo Chicote

 

FEMISS

Vários designs de Whipple Shield.

Como o nome sugere, um Whipple Shield é uma barreira física que protege contra colisões de detritos com um objeto com 1 cm ou menos de tamanho. O escudo leva o nome de seu inventor, Fred Whipple. É um sistema de proteção de dois estágios. O primeiro é um pára-choques feito de uma liga de alumínio com 0,26 cm de espessura e exposto ao espaço. Ele absorve a maior parte de qualquer colisão, o que resulta na quebra do objeto em pedaços ainda menores.

O segundo estágio é a própria parede da espaçonave, projetada para resistir a qualquer colisão das partículas significativamente enfraquecidas. Há também algum espaço entre o para-choque e a parede da espaçonave, chamado de distância de afastamento, que é de 10,2 cm.

Escudo de Chicote Recheado

Esta é uma atualização simples do projeto de escudo anterior, onde uma camada de enchimento é introduzida entre a camada mais externa e a parede da espaçonave mais interna. O pára-choques mais externo é uma camada de liga de alumínio com 0,15 cm de espessura. A distância de afastamento entre o pára-choques mais externo e o enchimento é de 5,1 cm.

O recheio é composto por duas camadas: Uma camada cerâmica voltada para o escudo mais externo, seguida por um polímero de propriedades de tração adequadas, como Kevlar . A camada de enchimento é seguida pela parede da espaçonave, novamente separada por 5,1 cm. A presença de duas camadas antes da parede da espaçonave diminui significativamente o risco de contato com a própria espaçonave, que é o cenário ideal.

Escudo Chicote de Malha 

Como o nome sugere, a camada mais externa deste projeto consiste em malha de alumínio (fibras cruzadas muito finas de alumínio), que absorve o impacto inicial e quebra os detritos em partículas mais finas, que são então paradas pela camada de enchimento atrás.  

Uma palavra final

A proteção contra detritos consiste em um sistema de vários estágios projetado para atender os objetos de acordo com seu potencial de dano. O curso de ação mais adequado para partículas grandes (>10 cm) é a manobra orbital. Para partículas de tamanho médio, o curso de ação depende de sua detectabilidade.

 

WhippleVariants

 

Se forem detectados suficientemente cedo, inicia-se uma manobra orbital, dependendo da probabilidade de colisão e cumprimento dos objetivos da missão. Se eles não forem detectados, então eles são muito pequenos para causar uma ameaça fatal à espaçonave, então escudos de colisão de estruturas e designs variados são empregados, dependendo da região que eles protegem e da probabilidade de sofrer uma colisão em órbita.

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